?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

По мотивам предыдущей записи. Одна ссылка особенно заинтересовала. Утверждается, что человек способен видеть не только интенсивность (яркость) и частоту (цвет) света, но и поляризацию. Фактически, речь идет о дополнительном чувстве, хотя и очень слабом. Текст показался мне настолько интересным, что я потратил пару часов на перевод.

Исходный текст на наглийском тут
Перевод под катом:



"Я могу видеть его особенно четко в сумерках, когда я смотрю в зенит; все небо кажется как бы покрытым сеточкой, и везде, куда я смотрел, я видел этот характерный узор. Это очень приятно - обнаружить способность определять направление поляризации без приборов и даже приблизительно оценить ее угол" Миннаэрт, Свет и цвет снаружи. [Minnaert, Light and Color in the Outdoors]



Haidinger brush - horizontal Haidinger brush - Left circular Haidinger brush - right circular


Глаза человека не приспособлены распознавать различные типы поляризации - в отличии от глаз насекомых, и головоногих моллюсков, многих амфибий, рыб, и других животных, которых природа снабдила дополнительным классом "цветов" (хотя даже обычные цвета не воспринимаются одинаково всеми). Однако, одна маленькая особенность в строении человеческого глаза дает нам нечаянную возможность распознать различные состояния поляризации. Благодаря этой маленькой недоработке или "дефекту" глаза мы оказываемся не совсем поляризационно-слепыми.


Да!!! После некоторых усилий вы можете научиться видеть то, что остается невидимым для большинства людей! Без помощи каких-либо приборов вы сможете определить не просто поляризован свет или нет, но также поляризован ли он линейно или по кругу и, более того, в каком направлении он колеблется или вращается. [имеется в виду колебание или вращение вектора электрического поля в луче поляризованного света]. В любой момент, когда вы посмотрите на голубое небо вы увидите те же ориентиры, которые видят пчелы в полете. Получите поляризованное зрение!

Научное открытие



Вильгельм Фон Хайдингер (1795-1871), австрийский минералог и геолог, в течении длительного времени директор Императорского Института в Вене, внес значительный вклад в изучение оптики, включая интерферометр, который позволил усовершенствовать технологию производства толстолистовой стадии впервые открыл дихроичность круговой поляризации (в аметисте).В 1846 году Хайдингер изучал свойства минералов в поляризованном свете, настойчиво пытаясь обнаружить какой-нибудь особенный узор в отраженном свете. Тогда он обнаружил тусклое желтоватое пятно или хвост [англ. слово brush подразумевает овальную форму хвоста как у лисы или у кисточки художника, поэтому может быть переведено как “хвост”, “кисточка”, “кисть” или, если хочется обойти трудность перевода, просто “феномен”, “явление”],который оставался, когда он смотрел прямо на свет, а не через кристалл. Хвост вращался при вращении поляризатора, тем самым доказывая, что он "видел" направление поляризации. Этот хвост ныне известен как хвост Хайдингера, и его можно рассматривать как уникальное открытие дополнительного "чувства". Однако и через полтора столетия этот феномен остается малоизвестным (даже среди ученых-оптиков!)


В 1954 году Вильям Шур Клифф (тогда работавший в фирме Поляроид) обнаружил, что хвост Хайдингера позволяет также обнаружить круговую поляризацию света и различить вращение

Хвост



Наблюдатели обычно описывают хвост Хайдингера как смазанное продолговатое пятно, суженное в середине. Синеватые "листки" покороче повернуты под углом 90 градусов. Эта картинка создается глазом, и поэтому не может быть сфотографирована и, к тому же, немного различна у разных наблюдателей. Некоторые люди видят непрерывный желтый мазок, пока не наступит цветовая усталость и тогда видят непрерывный синий мазок. Другие утверждают, что непрерывным оказывается тот мазок (независимо от цвета), который перпендикулярен линии, соединяющей глаза. Некоторые видят только желтый фрагмент (хотя я обычно сначала замечаю синий).Рисунок значительно более размытый и тусклый, чем показано на схемах вверху и требует некоторой тренировки, чтобы заметить его. Одни люди видят его более четко, другие - с большим трудом, некоторые не видят совсем.


Желтые фрагменты указывают направление, перпендикулярное к плоскости колебаний поляризованного света.Таким образом, горизонтальная поляризация дает вертикальный (относительно горизонта) желтый хвост, независимо от наклона головы. С другой стороны, свет с круговой поляризацией образует желтый хвост, наклоненный к линии, делящей лицо надвое, даже если голова наклонена вправо/влево. При правосторонней круговой поляризации света хвост направлен вправо вверх и влево вниз и наоборот - при левосторонней. Это одинаково и для левого, и для правого глаза, зеркальной симметрии не возникает (хотя есть другое различие между тем, что видят два глаза - это угол наклона хвостов, который зависит от индивидуальных особенностей).Способ отличить круговую поляризацию от линейной заключается, конечно, в том, чтобы наклонить голову набок и посмотреть, останется ли хвост в прежнем положении относительно источника света, либо относительно глаз.


Хвост Хайдингера относительно мал, размером в 3-5 градусов (примерно как на тех рисунках вверху при взгляде на стандартный монитор с расстояния вытянутой руки).Интересно, что он должен быть подвержен той же иллюзии, что Луна или Солнце, находящиеся близко от горизонта, которые кажутся вдвое больше (видимый размер изменяется в зависимости от расстояния до небесного фона, который мы подсознательно себе представляем).


Эффект слабый, и, чтобы его получить, свет должен быть сильно поляризован (хотя бы на 60%). Так как он тусклый, фон должен быть однородным без отвлекающих узоров. К тому же, эффект заметен только в синей части спектра и совершенно пропадает в красной (интересно, что пчелы видят поляризацию только в ультрафиолете, хотя способны также различать зеленый и синий цвета). Так уж получилось, что свет неба в направлении 90градусов по отношению к Солнцу сильно поляризован, однороден, синего цвета и оказывается идеальным объектом, чтобы наблюдать хвост Хайдингера в природе.

Как тренироваться



Простейший путь увидеть хвост Хайдингера - это тренироваться с полностью поляризованным светом. Например, смотреть сквозь полоску поляризатора на белый лист бумаги, освещенный солнцем (избегая глянцевых отражений). Вместо бумаги можно смотреть на белое облако. Мой собственный рецепт: смотреть, скажем, 20 секунд и потом повернуть поляризатор на 90 градусов. Снова смотреть 20 секунд и потом продолжать вращать поляризатор туда-сюда каждые 5 секунд. Если вам покажется, что вы что-то заметили, вращайте быстрее и убеждайтесь, что узор поворачивается на 90 градусов каждый раз. Вращение фильтра создает два дополнительных эффекта. Во-первых, при изменении рисунка его проще заметить, чем при постоянной, неизменной картинке. Во-вторых, цветовая усталость должна помочь заметить противоположные цвета, когда узор сменяется. Наблюдение через зеленый или синий фильтр тоже может помочь.


Миннаэрт дает такой совет: "... после наблюдения в течении минуты или двух, появляется эффект мраморного узора. Затем он сменяется хвостом Хайдингера...исчезает через несколько секунд, но если вы зафиксируете взгляд на точке, близко от него,... вы увидите его снова... Задача состоит в том, чтобы научиться выделять столь тусклое изображение... Тренируйтесь несколько раз в день по несколько минут. Через день или два вы сможете достаточно легко различать хвост Хайдингера в голубом небе..."


Хвост Хайдингера для света с круговой поляризацией - точно такой же, как при линейной поляризации, но в большинстве отчетов, которые я читал, утверждается, что его гораздо труднее увидеть. Однако, в своем первоначальном отчете Шурклифф отмечает: "... хвосты оказываются одинаково заметны как при круговой, так и при линейной поляризации." Я думаю, что трудность у людей от того, что когда они в первый раз пытаются экспериментировать с круговым поляризатором, то его вращение не меняет изображение на сетчатке (как отмечено выше). Можно решить эту проблему, используя два круговых поляризатора с разным направлением вращения и переключаясь между ними. Другой способ, когда есть только один круговой поляризатор, можно взять вместо него линейный поляризатор, ориентированный так, чтобы получить противоположный хвост и, таким образом, усилить контраст с первым изображением.

Наблюдение хвоста в небе



Небо - лучшее место, чтобы наблюдать хвост Хайдингера в природе. Тренированный наблюдатель может видеть его на значительной части неба. Желтые хвосты указывают в большинстве случаев на Солнце. Некоторые наблюдатели способны заметить изменение поляризации света, которое происходит ближе к Солнцу, где желтые хвосты направлены по касательной к Солнцу, а не радиально (см. точку Брюстера). Как назло, там меньше степень поляризации и яркость фона (Солнце должно быть, само собой, прикрыто).Все же, для большинства людей, уже наблюдение хвоста в 90 градусах от Солнца должно быть достаточным вознаграждением. Лучшее время для наблюдения - сумерки.

Краткое объяснение



В 1866 году Х.Фон.Гельмгольц обнаружил эффект дихроичности у пигмента сетчатки, что убедительно подтверждает предыдущие рассуждения, хотя точный механизм запутан, и исчерпывающее объяснение все еще отсутствует.


Хотя хвост находится в центре поля зрения, его размер гораздо больше, чем размер анатомической ямки (область сетчатки, где мы видим изображение с максимальным разрешением) и, следовательно, должно происходить от окружающей части желтого пятна. Тот факт, что хвост имеет цвет, подразумевает, что задействуются колбочки (а не палочки). Хвост невидим в красном свете, в этой части спектра пигмент желтого пятна [литеин] прозрачен.


Основное подозрение на пигмент лютеин, который представляет собой молекулу в виде длинной цепочки, которая в большей степени поглощает свет, поляризованный своим электрическим вектором параллельно оси молекулы, чем свет с перпендикулярной поляризацией. Недостаточно, чтобы лютеин был дихроистичен; молекулы должны быть сонаправлены, чтобы эффекты от всех молекул в сумме не усреднились. Нужна частичная сонаправленность молекул в виде концентрических кругов вокруг анатомической ямки, как показано на следующем рисунке:

macular alignment


Если, к примеру, луч поляризован вертикально, то сектор A будет содержать молекулы пигмента в среднем перпендикулярные направлению колебаний света [имеются в виду колебания вектора электрического поля в световой волне], поглощая немного света. Обратное верно для сектора B. Таким образом образуется четырехлепестковый рисунок, аналогичный хвосту Хайдингера. В примере сектор A будет синим, а сектор B - желтым.


Пигмент желтого пятна находится между внутренней и наружной оболочками сетчатки, в области, пронизанной радиально нервными волокнами, наличие которых объясняет частичную сонаправленность молекул [имеется в виду, что электрические сигналы, проходящие по нервным волокнам, разворачивают молекулы]. Процент сонаправленных молекул невелик, что объясняет слабость эффекта.


Это объяснение неполно, так как детальное моделирование не воспроизводит в точности хвост Хайдингера. Внешний пояс колбочек двоякопрелмляющий, что, несомненно, вносит какой-то вклад в эффект и требует дополнительных исследований. Интересно, что роговица также двоякопреломляющая с постепенным наклоном осей от 20 до 30 градусов вниз в направлении носа. Это создает два предпочтительных направления для обнаружения линейной поляризации.

Comments

( 9 comments — Leave a comment )
snus_mumrick
Nov. 3rd, 2005 07:46 pm (UTC)
Что это тебя на физику потянуло?
psilogic
Nov. 3rd, 2005 07:51 pm (UTC)
Да тут не только физика и биология, тут еще и психология восприятия получается :)
snus_mumrick
Nov. 3rd, 2005 07:55 pm (UTC)
Однако :), людей изучаем, значит.
eugenebo
Nov. 3rd, 2005 09:16 pm (UTC)
В принципе, неплохо. Определённо интересное чтение для русскоязычной аудитории. Просмотр "по диагонали" (виноват, мало времени) выявил следующие замечания:

1. Масса опечаток со слившимися словами (невидимымдля, определитьне). Аналогично, часто нет пробела между знаком препинания и следующим за ним словом.

2. Американско-английское outdoors довольно трудно перевести на русский одним словом. Но это не "снаружи". Имеется в виду "весь мир вне жилья": природа, улица и т.п. Я бы лучше написал "в природе",

3. "поляризация колеблется" -- сама поляризация не колеблется, т.к. она лишь "воображаемый вектор". Колеблются электрическое и магнитное поля света, первое -- параллельно вектору поляризации.

4. "у аметистов". Аметист -- неодушевлённое, должно быть "в аметистах" или даже "в аметисте".

5. Советую внимательно поискать название этого явления в русскоязычной литературе. Мне смутно кажется, что эти штуки принято называть не "хвост Хайдингера", а, кажется, "кисти". Но точно не хвост.

6. macula lutea -- это жёлтое пятно -- область наибольшей чёткости зрения в человеческом глазу. Соответственно, я думаю, что "the macula pigment is transparent" -- это где "пигмент жёлтого пятна прозрачен". Ну то есть примерно то же самое, что и в переводе :)
firtree
Nov. 3rd, 2005 10:02 pm (UTC)
2. На улице?
3. Может колебаться степень и направление поляризации. Почему нельзя сказать, что колеблется поляризация?
6. А the red тут при чём? В сетчатке есть "красное пятно"?
eugenebo
Nov. 4th, 2005 07:35 am (UTC)
2. Ну, может, и на улице. Хотя звучит тоже несколько странно.
3. Может. Но это уже более высокий порядок сложности. Даже частый простой случай этого типа, круговая поляризация, уже различима куда сложнее, чем простая линейная. Так что речь идёт скорее всего о ней, а тогда -- о колебании именно векторов поля.
6. Red -- это красный свет, в котором явление невидимо. Для проверки побаловался со светофильтрами от фотоаппарата. И правда: с красным эта штука не работает; зато использование синего облегчает её обнаружимость многократно!
psilogic
Nov. 4th, 2005 08:32 am (UTC)
1. Угу, сконвертил и не проверил
2. Просто добавил в скобках исходный вариант
3. Судя по контексту имеется в виду колебание или вращение вектора поля, добавил пояснение
4. Угу
5. Искал, нашел "явление Хайдингера", "феномен Хайдингера". Добавил пояснение
6. Разобрался вроде. Речь идет о прозрачности литеина в красной части спектра
firtree
Nov. 4th, 2005 11:29 am (UTC)
2. Я перечитал, и подумал, что речь идёт о "любых нерукотворных условиях", так что согласен с вариантом "в природе", и отказываюсь от варианта "на улице".
evagen
Mar. 23rd, 2009 09:13 pm (UTC)
Спасибо! Есть тема разыграть коллег на работе... ;-)
( 9 comments — Leave a comment )